1、第二章 汽輪機級內(nèi)能量轉(zhuǎn)換過程,21汽輪機級的基本概念,22蒸汽在級內(nèi)的流動過程,23 級的輪周效率和最佳速度比,24 葉柵幾何尺寸的確定,25 葉柵氣動特性及葉柵損失,26 級內(nèi)損失和級效率 27 級的二維和三維熱力設(shè)計,補充1高效新葉型的開發(fā)與應(yīng)用 補充2 級的熱力計算,3,本章要求,1）掌握汽輪機通流部分中蒸汽的流動規(guī)律及能量轉(zhuǎn)換過程，提高綜合應(yīng)用基礎(chǔ)知識分析研究具體工程技術(shù)問題和科研課題的能力。 2）明確在級內(nèi)能量轉(zhuǎn)換過程中，各項損失的物理概念及減少損失的措施和計算方法。 3）明確級的速比、反動度、比焓降及葉型參數(shù)對汽輪機熱功轉(zhuǎn)換能力（輪周功率）和輪周效率的重要影響，及對汽輪機整體結(jié)構(gòu)

2、的影響。 4）掌握用一元流理論進(jìn)行級的熱力設(shè)計的方法。,21 汽輪機級的基本概念,汽輪機的級：最基本的做功單元 組成,噴嘴葉柵（靜葉柵）,動葉柵,一、汽輪機的級,編號和下標(biāo)：0,1,2； n-nozzle噴嘴，b-blade動葉。,級內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換過程,蒸汽熱力學(xué)能,汽流的動能,動葉(blade),轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)機械能,蒸汽在級內(nèi)做功的熱力過程,滯止參數(shù)：相對于葉柵通道速度為零的氣流熱力參數(shù)(假想汽流絕熱等比熵滯止到速度為0的狀態(tài)）。用上標(biāo)為”*”來表示。,1）滯止?fàn)顟B(tài)（0*狀態(tài)） 2）噴嘴進(jìn)口狀態(tài)（0狀態(tài)） 3）噴嘴出口狀態(tài)（動葉進(jìn)口狀態(tài)，1狀態(tài)） 4）動葉出口狀態(tài)（2狀態(tài)）,（1）4個狀態(tài)：,9

3、,（2）三類參數(shù)： 1）焓降物理意義：做功能力 級 噴嘴 動葉,2）熵增過程物理意義：不可逆過程 3）損失 a. 噴嘴損失 b. 動葉損失 在實際研究中常認(rèn)為 =,=,10,11,1. 沖動力和反動力,二、級的反動度,（1）沖動力,經(jīng)過噴嘴膨脹加速后的蒸汽 作用于動葉的力,（2）反動力,在動葉中加速的汽流施加在動葉上的與流動方向相反的反作用力 Fi。,14,（1）反動度的定義,2. 反動度,反動度：動葉的理想比焓降占總體 理想比焓降的份額。,定義式：,（2）特征截面 1）由于環(huán)行葉柵的使用，沿著葉高的方向流動特性不同。 2）葉根截面（root），,平均截面（middle），,頂部截面（top）

4、，,3）,15,三、級的分類,1. 分類依據(jù)：反動度直接影響葉片形狀的設(shè)計、運行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。,沖動式：靠沖動力做功的級，反動度小的級。,反動式：靠反動力做功的級，反動度大的級。,2. 沖動級,（1）純沖動級 1）=0，蒸汽只在噴嘴中膨脹，而在動葉中不膨脹，只改變流動方向。 2）p1=p2 ，hb=0, ht*=hn*。 3）效率較低，很少使用。,新蒸汽室,第一級噴嘴,第一級動葉,第二級噴嘴,隔板,（2）帶反動度的沖動級 1）(0,0.5)，一般而言 0.05,0.20 2）結(jié)構(gòu)特點： a. 動葉柵截面形狀近似對稱； b. 噴嘴前后壓差大，為了減少泄漏常用隔板結(jié)構(gòu)和隔板汽封； c. 動葉柵

5、前后壓差小，軸向受力不大，采用葉輪式。,21,3. 反動級,1）=0.5 2）p1p2 ，hb=0.5ht*=hn*。 3）效率比沖動級高，但是工作能力較小。 4）結(jié)構(gòu)特點： a. 噴嘴葉柵和動葉葉柵可采用相同的葉型； b. 動葉前后壓差大，常用轉(zhuǎn)鼓式結(jié)構(gòu)，不用葉輪式； c. 熱慣性大，還需設(shè)置平衡活塞以平衡軸向推力； d. 采用全周進(jìn)汽。,22,壓力及流速變化曲線,4. 沖動式與反動式汽輪機的特點比較 （1）葉型不同： 1）沖動式汽輪機的動、靜葉型不同：靜葉柵的折角小，動葉柵的折角大；動葉片出、入口側(cè)的橫截面較勻稱，氣流通道從入口到出口其面積基本不變。 2）反動式汽輪機的動、靜葉型相似；動葉

6、片出、入口側(cè)的橫截面不對稱，葉型入口較肥大，而出口側(cè)較薄，蒸汽流道從入口到出口呈漸縮狀。,（2）結(jié)構(gòu)不同：沖動式汽輪機的動葉片裝在葉輪上，噴嘴安裝在隔板上；由于反動式的動葉前后壓差大，為減小軸向推力，不采用葉輪，動葉片直接裝在轉(zhuǎn)鼓上，噴嘴安裝在持環(huán)上。,葉輪,隔板,（3）沖動式汽輪機中蒸汽的壓力降產(chǎn)生在隔板的噴嘴中，反動式汽輪機中蒸汽的壓力降產(chǎn)生在裝在汽缸上的靜葉片和裝在轉(zhuǎn)子上的動葉片中。 （4）由于反動式汽輪機每一級前后都存在壓力差，軸向推力很大，在轉(zhuǎn)子前部裝設(shè)平衡活塞來抵消軸向推力 。 （5）反動式機組的調(diào)節(jié)級（速度級）采用沖動級。,26,四、級的其他分類方法,1調(diào)節(jié)級和非調(diào)節(jié)級 1）調(diào)節(jié)

7、級可以通過改變進(jìn)汽面積控制其進(jìn)汽量的級； 2）非調(diào)節(jié)級不通過改變進(jìn)汽面積控制其進(jìn)汽量的級。,汽輪機的第一級就是調(diào)節(jié)級，機組靠改變調(diào)速汽門的開度，控制汽室的投入和噴嘴的工作，改變部分進(jìn)汽度，改變進(jìn)汽量，以調(diào)整負(fù)荷。,27,單列級和速度級,2單列級和速度級 1）單列級動能轉(zhuǎn)換為機械能只在一列動葉柵中完成的級。既可是沖動級也可是反動級。 2）速度級動能轉(zhuǎn)換為機械能在一級多列動葉柵中完成的級 a. 有兩列動葉柵的速度級成為雙列級或復(fù)速級，都是沖動級。 b. 復(fù)速級由一列噴嘴、一列導(dǎo)向葉柵核兩列動葉柵組成； c. 做功能力比單列級大。,28,第二節(jié) 蒸汽在級內(nèi)能量轉(zhuǎn)換過程,一、級內(nèi)模型的簡化和基本方程式

8、,1模型常用簡化假設(shè),29,1） 連 續(xù) 方 程 式 2）能 量 方 程 式 3）狀 態(tài) 及 過 程 方 程 式 4）動 量 方 程 式 5）氣 動 方 程 式,2. 基本方程,30,二、蒸汽在噴嘴中的流動過程,（一）汽流參數(shù)與噴嘴形狀的關(guān)系 以下導(dǎo)數(shù)項為對流動方向求導(dǎo)即 ，略去dx.,1. 基本方程 連續(xù)性方程：,則有：,由動量方程,31,2. 流動過程分析 1）依據(jù)式 a. 截面變化=f (速度的變化，馬赫數(shù))。 在噴嘴中要進(jìn)行膨脹加速，所以,b. Ma1時：由于要進(jìn)行膨脹加速，所以 即需要采用漸縮噴嘴。,c. Ma1時：由于要進(jìn)行膨脹加速，所以 即需要采用漸擴噴嘴。,d. Ma=1時：由

9、于要進(jìn)行膨脹加速，所以 即噴嘴截面積達(dá)最小值。,（2-8）,32,（2）流動過程分析,2）超音速的形成 a. 縮放噴嘴 b. 在現(xiàn)代大型汽輪機中，絕大部分噴嘴為漸縮噴嘴，對于在出口帶斜切部分的漸縮噴嘴，汽流在斜切部分可達(dá)到超聲速。 c. 臨界速度,對過熱蒸汽 k=1.3，,對干飽和蒸汽 k=1.135，,對濕蒸汽 k=1.035+0.1x，,33,3）噴嘴中汽流的臨界狀態(tài),臨界參數(shù):,臨界速度,臨界壓力,對過熱蒸汽 k=1.3，對干飽和蒸汽 k=1.135，對濕蒸汽 k=1.035+0.1x,34,壓力、焓降、截面積、汽流速度、音速、比容沿流動的變化規(guī)律,35,（二） 噴嘴出口的汽流速度 1.

10、 噴嘴出口的汽流理想速度 在進(jìn)行噴嘴流動計算時，噴嘴前的參數(shù)是已知的條件。按等熵過程膨脹，其過程曲線如圖所示。則噴嘴出口汽流理想速度為： 或者為： 蒸汽流出噴嘴出口的理想速度（m / s )； 蒸汽按等熵過程膨脹的終態(tài)焓（J/kg )。,36,37,2. 噴嘴出口的汽流實際速度 實際流動是有損失的，汽流實際速度小于汽流理想速度。通常用噴嘴速度系數(shù)來考查兩者之間的差別(通常取 = 0.97)。這樣，噴嘴出口的汽流實際速度為：,3. 噴嘴損失 蒸汽在噴嘴通道中流動時，動能的損失稱為噴嘴損失，用 表 示 ： 噴嘴損失與噴嘴理想焓降之比稱為噴嘴能量損失系數(shù)，用 表示：,39,（三） 噴嘴流量計算,1.

11、 噴嘴的理想流量 計算 （1）噴嘴的理想流量 可用下式計算: 式中， 為噴嘴出口處截面積， (m) ; 為噴嘴出口處理想汽流速度，(m/s) ; 為噴嘴出口處比容（m/ kg) 。 又有 , 則上式為： 稱 為噴嘴前后壓力比。,與初速無關(guān),40,（2）噴嘴流量曲線 當(dāng)噴嘴前的參數(shù) 和噴嘴出口截面積 一定時，通過噴嘴的流量 只取決于噴嘴前后壓力比。,只與k值有關(guān),41,2. 通過噴嘴的實際流量的計算 通過噴嘴的實際流量為： 式中， 稱為噴嘴流量系數(shù)。通過實驗確定。 對于過熱蒸汽，取 = 0.97； 對于飽和蒸汽，取 = 1.02。,計算臨界流量考慮了流量系數(shù)之后，通過噴嘴的實際臨界流量為： 對于

12、過熱蒸汽和飽和蒸汽： 通過噴嘴流量與臨界流量之比： 稱為彭臺門系數(shù)。對于亞臨界流動，1,對于臨界流動，=1。,3. 彭臺門系數(shù),43,（3） 通過噴嘴的實際流量的計算,44,（四） 蒸汽在噴嘴斜切部分的流動,為了使噴嘴中流出的汽流順利進(jìn)入動葉通道，在噴嘴出口處必須有一段斜切部分,如圖所示。這樣，實際噴嘴由兩部分所組成：一部分是漸縮部分ABDE，AB為最小截面處。另一部分為斜切部分ABC。,由于斜切部分的存在，它將給汽流產(chǎn)生影響。,45,（1）當(dāng)噴嘴出口壓力（背壓）大于或等于臨界壓力時，AB截面上的流速小于或等于音速，喉部壓力等于背壓（ ），汽流通過噴嘴，只在漸縮部分膨脹加速，而在斜切部分ABC

13、處不膨脹加速。斜切部分只起導(dǎo)向作用。從噴嘴流出的汽流與動葉運動方向成一角度(稱為噴嘴出汽角 ）。 （2）當(dāng)噴嘴出口壓力（背壓）小于臨界壓力時，汽流在AB截面上達(dá)臨界狀態(tài)，汽流在斜切部分要繼續(xù)膨脹加速，蒸汽壓力由臨界 壓力下降為 ，汽流速度由臨界速度到大于音速，并且汽流方向要發(fā)生擾動和偏轉(zhuǎn)。,END 4,1.膨脹條件,2. 氣流偏轉(zhuǎn)角度的計算,貝爾公式,方法1,方法2,3. 噴嘴斜切部分極限壓力的確定,注意：對 噴嘴斜切部分的討論也適用于動葉柵的斜切部分。,斜切部分內(nèi)超聲速流動時所產(chǎn)生的特性線達(dá)到出口邊AC時的出口壓力,汽流偏轉(zhuǎn)角：,48,三. 蒸汽在動葉柵中的流動過程 動葉通道的形狀與噴嘴相似

14、，基本流動規(guī)律也類似。對動葉的研究主要著重于蒸汽動能到葉輪機械能的轉(zhuǎn)換問題。,（一）動葉進(jìn)出口速度三角形,1. 兩個坐標(biāo)系的建立,1）相對速度w蒸汽質(zhì)點相對于動坐標(biāo)的運動速度； 2）絕對速度c蒸汽質(zhì)點相對于靜坐標(biāo)的運動速度； 3）牽連速度（圓周速度）動坐標(biāo)相對靜坐標(biāo)的速度；,靜坐標(biāo)系建立在靜止空間內(nèi),動坐標(biāo)系建立在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動系上,49,2. 動葉進(jìn)口速度三角形,1）進(jìn)口速度三角形的組成： 構(gòu)成速度三角形,2）根據(jù)速度三角形計算相對速度和動葉進(jìn)口氣流方向角,50,3. 動葉出口速度三角形,1）出口速度三角形的組成： 構(gòu)成速度三角形,2）u已知，通過h-s的能量方程式計算,引入動葉速度系數(shù),同時討

15、論動葉柵的能量損失：,動葉損失 之比成為動葉柵的能量損失系數(shù)，即,動葉損失就是蒸汽通過動葉柵的能量損失，由于動葉損失的存在，使動葉出口的焓值由 ，則動葉損失為：,54,3）根據(jù)速度三角形計算絕對速度和動葉出口氣流方向角,55,4. 動葉進(jìn)出口速度三角形,56,5. 余速損失 由速度三角形可知，蒸汽在動葉柵中作功之后，最后以絕對速度 離開動葉，其具有的動能稱為余速損失： 在多級汽輪機中，余速損失可以被下一級所利用，其利用程度可用余速利用系數(shù)表示，=01之間。（討論：利用調(diào)節(jié)及取值）,中間級,孤立級,考慮了噴嘴損失、動葉損失和余速損失之后，汽輪機的級在h-s圖上的過程曲線如圖所示。 級的輪周有效焓

16、降：,58,1. 蒸汽對動葉片的作用力 蒸汽在動葉柵通道中要改變方向、或者還要 膨脹加速，其對動葉片的作用力可用下式進(jìn)行計算： 圓周分力 或者 軸向分力 或者 合力 G 單位時間內(nèi)流過動葉柵的流量； Az 動葉通道軸向投影面積。,（二）輪周功率,59,2. 輪周功和輪周功率 蒸汽通過汽輪機的級在動葉片上所作的有效機械功稱為輪周功。而單位時間內(nèi)作出的輪周功稱為輪周功率。輪周功率為圓周分力和圓周速度的乘積： 或者， 用G除以上二式，得到每1kg蒸汽所作出的輪周功。輪周功表示作功能力，用Wu1 表示： 或者， 結(jié)合速度三角形和余弦定理，輪周功還可以用下式表示：,60,作業(yè)與思考題,1、已知機組某級級

17、前壓力 =1.85MPa ，溫度 =340 ；級后蒸汽壓力為 =1.5MPa 。級的反動度 =0.12 。噴嘴出汽角 =11.1 ，動葉出汽角 =18.3 。若級的速度比 =0.54，噴嘴速度系數(shù) =0.97 ，進(jìn)入噴嘴的初速度 =52.3m/s ，試計算動葉出口相對速度 及絕對速度 ，并繪制動葉進(jìn)出口速度三角形(標(biāo)出速度、角的符號和數(shù)值）。 2、已知汽輪機的第三級前壓力 =5.13MPa ，溫度 =467.5 ；級后蒸汽壓力為 =4.37MPa 。進(jìn)口初速動能 = 1.214 kJ/kg，級的平均直徑 =998.5 mm，級的反動度為 = 0.0794 。噴嘴出汽角 =10.78 ，動葉出汽

18、角 =17.9 。噴嘴和動葉的速度系數(shù)分別為 =0.97、 =0.935 ，機組轉(zhuǎn)速n = 3000r/m。試?yán)L制動葉進(jìn)出口速度三角形(標(biāo)出速度、角的符號和數(shù)值）。 3、分析噴嘴截面積的變化規(guī)律。 4、分析蒸汽在噴嘴斜切部分的流動規(guī)律。 5、畫出漸縮噴嘴的流量曲線圖。,61,蒸汽在級內(nèi)所具有的理想能量不能百分之百地轉(zhuǎn)變?yōu)檩喼芄?，存在著損失。為了描述蒸汽在汽輪機級內(nèi)能量轉(zhuǎn)換的完善程度，通常用各種不同的效率來加以說明。 一、 輪周效率 1. 輪周效率：蒸汽在汽輪機級內(nèi)所作出輪周功 與它在級內(nèi)所具有的理想能量 之比稱為級的輪周效率,即,2.3 汽輪機級的輪周效率和最佳速度比,2. 級的理想能量：一般

19、來說，級的理想能量是級的理想焓降、進(jìn)入本級的動能和本級余速動能被下一級所利用部分的代數(shù)和，即：,63,3.級的理想速度：為了研究方便，這里引入一個級的理想速度 ,定義： 4.級的輪周效率： 或者 式中， 分別為噴嘴損失、動葉損失和余速損失與級的理想能量之比，稱為噴嘴、動葉和余速能量損失系數(shù)。,64,5.速度比：,（1）列速比 ：圓周速度u與噴嘴出口速度 的比值。 （2）級速比 ：圓周速度u與噴嘴出口理想速度 的比值。 （3）速比 當(dāng)級結(jié)構(gòu)一定時，兩者成比例關(guān)系；同時 難以測量，因此用,二、 最佳速度比,由式2-51得：,（一）反動度=0時單列孤立級的最佳速度比,影響因素：分析,1.流動損失,2

20、.噴嘴出汽角,沖動級,反動級,3.動葉出口角,4.動葉進(jìn)口角,使氣流進(jìn)入動葉不發(fā)生碰撞。,5. 速度比,一元二次函數(shù),（1）,（2）,（3）,最佳速度比,（二）余速利用對最佳速比的影響,其中,討論：,（1）,（2）余速利用使速度比在較大范圍對輪周效率的影響減弱。（曲線形狀差別）,（3）余速利用使最佳速度比增大。在圖中：,（三）反動度對最佳速比的影響,1. 00.5(沖動級),單列孤立級的輪周效率：,取排氣絕對速度 最小時，即 的速比為最佳速比,2. =0.5(反動級),輪周效率：,最佳速比,三、 復(fù)速級的輪周功率和最佳速度比,比較反動級、沖動級和復(fù)速級的輪周效率和速度比的關(guān)系,不同反動度下的輪

21、周效率和速度比的關(guān)系,78,小結(jié),79,（3）影響最佳速比的因素,80,81,第四節(jié) 葉柵幾何尺寸的確定,一、葉柵的幾何特征,1. 定義 葉柵：由相同葉片構(gòu)成汽流流道的組合體。,82,2. 葉型及葉型參數(shù) （1）葉型：葉片的橫斷面形狀，包括等截面葉型和變截面葉型。 （2）葉型參數(shù) 1）葉柵幾何特性參數(shù) dm平均直徑。 l葉片高度。 t葉柵節(jié)距。 B葉柵寬度。 b葉柵弦長。 出口邊厚度。 a進(jìn)口邊寬度。 a1、a2出口邊寬度。 am喉部寬度。,分別為相對節(jié)距、相對高度、相對長度。,83,2）汽流相關(guān)參數(shù) 0、1、1、2分別為噴嘴葉柵進(jìn)口汽流角、動葉葉柵進(jìn)口汽流角、噴嘴葉柵出口汽流角、動葉葉柵出口

22、汽流角。 s、s進(jìn)口汽流角。 0g、1g、1g、2g分別為噴嘴葉柵葉型進(jìn)口角、動葉葉柵葉型進(jìn)口角、噴嘴葉柵葉型出口角、動葉葉柵葉型出口角。 汽流沖角葉型進(jìn)口角與汽流進(jìn)口角之差。,84,二、葉柵及葉型參數(shù)的選擇,（一）葉柵類型的選擇 依據(jù)：Ma。 * 亞聲速葉柵Ma1.4 由于超聲速葉柵的工藝性能和變工況性能較差，且亞聲速葉柵可利用其斜切部分的繼續(xù)膨脹實現(xiàn)超聲速，仍可采用亞聲速葉柵。,85,（三）葉片個數(shù)和高度的選擇 氣動特性相對節(jié)距計算葉片數(shù)目； 強度核算高度。 （四） 葉片寬度的選擇 通過葉片制造工藝和通用性的要求進(jìn)行選擇。,（二）汽流出口角1、2的選擇 （1）高壓級：選擇出口角較小的葉型，

23、沖動級1=11-14，反動級1=14-20。 由于體積流量小，為了不使葉片高度太小，減少端部損失。 （2）中、低壓部分：選擇出口角較大的葉型，1=13-17。 由于體積流量大，為了不使葉片高度太大。,87,三、反動度的選擇,要使動葉根部不發(fā)生吸汽和漏汽，必須抑制泵浦效應(yīng)、射汽抽汽效應(yīng)，并使隔板的漏汽全部通過平衡孔流入級后。,88,四、噴嘴葉柵尺寸的確定,已知參數(shù)：級前蒸汽參數(shù)p0、t0和c0，級后壓力p2和反動度（p1可計算出）。 任務(wù)： 1）噴嘴形式的選擇。 2）通流面積和葉片高度的確定。 在進(jìn)行噴嘴尺寸計算之前，應(yīng)根據(jù)噴嘴壓力比n選擇噴嘴型式。當(dāng)ncr時，應(yīng)采用漸縮斜切噴嘴；當(dāng)0.30.3

24、時，才采用縮放斜切噴嘴，這是因為縮放噴嘴加工較困難，且工況效率低，故在汽輪機中應(yīng)盡量避免采用縮放斜切噴嘴。,89,90,91,92,五、動葉柵尺寸的確定,93,94,保持一定的蓋度對減少流動損失有利，但是蓋度過大反而助長了汽流在徑向的突然膨脹，形成旋渦。,95,六、其他結(jié)構(gòu)因素的確定,（一） 級的動、靜葉柵面積比,（二）級的間隙,徑向間隙r,軸向間隙,開式軸向間隙z,閉式軸向間隙1, 2,第四節(jié) 葉柵氣動特性及葉柵損失,一、葉柵氣動特性,通過理論或?qū)嶒灧椒ㄑ芯咳~柵的能量損失,用速度系數(shù) ， 表示速度損失份額,用能量損失系數(shù) ， 表示能量損失份額,用總壓力損失系數(shù) ， 表示葉柵的能量損失,二、葉

25、柵損失,（一）葉型損失,1. 附面層中的摩擦損失,2. 附面層分離引起的渦流損失,3. 出口邊的尾跡損失,4. 沖波損失,（二）端部損失,1. 端部的附面層摩擦損失,2. 二次流損失,三、影響葉柵損失的因素,（一）影響葉型損失的因素,1. 相對節(jié)距 的影響,2. 安裝角 的影響,3. 氣流角和沖角的影響,4. 馬赫數(shù)的影響,5. 雷諾數(shù)Re的影響,6. 葉型幾何參數(shù)的影響,（二）影響端部損失的因素,1. 相對葉高 的影響,2. 葉柵型式的影響,3. 氣流進(jìn)氣角的影響,4. 相對節(jié)距的影響,5. 馬赫數(shù)的影響,6. 蓋度的影響,四、環(huán)形葉柵的特性,（一）流動特性,（二）損失特性 扇形損失,式中能

26、量損失系數(shù),（1）壓力梯度,（2）氣流參數(shù),五、減小葉柵損失的方法,（一）采用后加載葉型,（二）采用彎扭葉片,（三）采用子午面型線噴嘴,（四）降低葉片表面的粗糙度,（五）減少端部二次流的方法,109,第六節(jié) 汽輪機級內(nèi)損失和級效率,噴嘴損失 動葉損失 余速損失 葉高損失 扇形損失 葉輪摩擦損失 部分進(jìn)汽損失 漏汽損失 濕汽損失,不是每一級都同時具有這些所有損失，而是根據(jù)具體情況分別分析計算其不同的損失。如只有在部分進(jìn)汽的級才有部分進(jìn)汽損失，工作在濕蒸汽區(qū)的級才有濕汽損失。,汽輪機級內(nèi)損失,一 、 級內(nèi)損失,（一）流動損失,噴嘴損失 動葉損失 扇形損失,葉高損失,余速損失,可用式2-82計算,1

27、11,（二） 葉輪摩擦損失,1）葉輪輪面與蒸汽的摩擦 2）蒸汽及蒸汽之間的摩擦 3）靠近葉輪輪面?zhèn)鹊恼羝|(zhì)點隨葉輪一起轉(zhuǎn)動，在葉輪兩側(cè)的汽室中就形成了渦流運動,1. 原因,112,葉 輪 摩 擦 損 失 可 用 以 下 經(jīng) 驗 公 式 計 算 ： , (k W) 式 中 ， k ：過熱蒸汽，k=1，對于飽和蒸汽，k=1.21.3； d 、l、u:級的平均直徑、葉高、圓周速度； v2t - 動葉出口蒸汽比容 。,2. 計算,葉輪摩擦損失也可用焓降來表示：,114,（三） 部分進(jìn)汽損失,（1） “鼓風(fēng)”損失 發(fā)生在沒有噴嘴葉片的弧段內(nèi)。動葉通過這一弧段時，要象鼓風(fēng)機一樣把滯留在這一弧段內(nèi)的蒸汽鼓到

28、出汽邊而耗功。,（2）“斥汽損失” 發(fā)生在安裝有噴嘴葉片的弧段內(nèi)。動葉片由非工作區(qū)進(jìn)入工作區(qū)弧段時，動葉通道中滯留的蒸汽要靠工作區(qū)弧段中噴嘴噴出的主流蒸汽將其吹出，要消耗輪周功。 另外，如圖由于葉輪作高速旋轉(zhuǎn)，這樣，在噴嘴出口端的A點存在著漏汽；而在B點又存在著抽吸作用，將一部分蒸汽吸入動葉通道，干擾主流，同樣會引起損失。這樣就形成了斥汽損失 。,115,總的部分進(jìn)汽損失由以上兩部分所組成 ，即 而,上 三 式 中 ， e - 部分進(jìn)汽度； ec= 1- e ; E - 級 的 理 想 能 量；Xa - 級 的 速 度 比 ；Bc -系數(shù)，單列級:Bc =0 . 15,雙 列 級: Bc=0.

29、55;Zng-噴嘴組數(shù)；Cs-經(jīng)驗系數(shù)，單列級，Cs=0.012,雙列級，Cs = 0.016 。,116,（四）漏汽損失,1. 隔板漏汽損失 1）原因： a. 動靜兩部分的間隙； b. 壓差的作用； c. 漏汽不但不作功反而干擾主流。 2）解決辦法： 葉輪盤上開設(shè)平衡孔，讓隔板漏汽從平衡孔漏出， 而不干擾主流 。 2. 葉頂損失 原因：反動度的存在，動葉前后有壓力差,有一部分蒸汽不通過動葉通道而從葉頂間隙漏到級后。,117,漏汽損失是由于壓力差和間隙的存在而引起的。減少漏汽損失、減小漏汽量，就應(yīng)該減小間隙面積和蒸汽壓力差。通常采用齒形軸封來解決這一問 題。漏汽量和漏汽損失計算方法如下： （

30、1）隔板漏汽量的計算 （ 2）動葉頂漏汽量的計算,118,（ 3）隔板損失計算,（ 4 ）葉頂漏汽損失計算,119,（五）濕汽損失,蒸汽在汽輪機最后幾級時便進(jìn)入濕蒸汽區(qū)，這里將產(chǎn)生濕汽損失。產(chǎn)生濕汽損失的原因在于： （ 1 ）一部分蒸汽在膨脹加速過程中凝結(jié)成水滴，減少了作功蒸汽量；,（ 2 ）水滴不膨脹作功，反為高速汽流所夾帶前進(jìn)，要消耗一部分輪周功 ； （3 ）由于水滴前進(jìn)速度低于蒸汽速度。這樣，從動葉進(jìn)口速度三角形上分析，水滴從噴嘴中流出時，正好打擊動葉背弧，阻止動葉前進(jìn)，減小了有用 功；而水滴從動葉流出之后又打擊下一級噴嘴的背弧。水滴長期沖蝕片，使 葉片進(jìn)口邊背弧被打擊成許多麻點，嚴(yán)重時

31、，會打穿葉片。,1. 濕蒸汽 在葉柵中的流動,120,濕汽損失通常用下面經(jīng)驗公式計算：,式 中 ， x - 級 的 平 均 蒸 汽 干 度 ；,見如濕蒸汽會引起濕汽損失和沖蝕葉片，就必須采取一些去濕措施。即：采用去濕裝置，如捕水槽、捕水室等，以減少蒸汽中的水分。提高葉片本身的抗?jié)衲芰?，主要是設(shè)法增強葉片進(jìn)汽邊背弧的抗?jié)裥阅?。如，在動葉片進(jìn)汽邊背弧加焊硬質(zhì)合金、電火花處理等 。,2. 減小濕蒸汽 損失的措施,3. 濕蒸汽 對葉片的沖蝕及對策,增大噴嘴出口到工作葉柵的軸向間隙,采用葉片自身的防護(hù)方法,124,（六）其它： 葉高損失 將噴嘴和動葉中與葉高有關(guān)的損失稱為級的葉高損失或叫端部損失。當(dāng)葉片

32、較短（一般說葉高l1215)時，葉高損失明顯增加。這時，必須采用部分進(jìn)汽。葉高損失常用下面半經(jīng)驗公式計算 ： 式中，a-經(jīng) 驗 系 數(shù) ， a=1.2 (單列級，不含扇形損失）； a=1.6（單列級，含扇形損失)；a=2 (雙列級）； - 不包括葉高損失的輪周有效焓降 ， = l - 葉柵高度(mm)。,125,二、級的相對內(nèi)效率和內(nèi)功率,級內(nèi)許多損失存在。則進(jìn)入級的蒸汽所具有的理想能量就不可能全轉(zhuǎn)化為有效功。但損失又轉(zhuǎn)換為熱能，加熱蒸汽本身，使動葉出口排汽焓值升高?？紤]了各種損失之后級的實際熱力過程曲線如圖所示。其中，0點為級前滯止?fàn)顟B(tài)點，3為有余速利用時的下一級級前進(jìn)口狀態(tài)點。 hi為級的

33、有效焓降，它表示1kg蒸汽所具有的理想能量最后轉(zhuǎn)化為有效功的能量hi越大，級的內(nèi)效率就越高 。,1. 級的實際熱力過程曲線,126,2.級的相對內(nèi)效率（級效率）,級效率是衡量級內(nèi)能量轉(zhuǎn)換完善成度的最后指標(biāo)。,3. 級 的 內(nèi) 功 率,或者,三、級內(nèi)損失對最佳速比的影響,128,作業(yè)與思考題,1、級的熱力計算：已知汽輪機轉(zhuǎn)速n = 3000r/m，通過級的流量G=65t/h，級的平均直徑 =1.44 m，級的理想焓降 =125.6kJ/kg，蒸汽初速 =91.5m/s，級前壓力 = 0.0981MPa ，干度 =0.99，級的反動度 =0.2，噴嘴出汽角 =19 。要求： （1）確定靜、動葉柵通

34、流面積、葉高； （2）級的速度三角形； （3）級的內(nèi)功率、內(nèi)效率； （4）級的熱力過程曲線。 2、提高葉片抗蝕的辦法有哪些？ 3、汽輪機的級共有哪些損失？其產(chǎn)生原因，如何減小？,129,第七節(jié) 級的二維和三維熱力設(shè)計,等截面直葉片，即葉片的幾何參數(shù)沿葉高不變 但是，對于汽輪機低壓部分的級來說，蒸汽比容變化快，容積流量大，級的平均直徑大，葉片長徑高比很小。汽動參數(shù)沿葉高變化大。在這種情況下，如果仍然按等截面直葉片進(jìn)行設(shè)計，則級的實際輪周效率比計算值要低得多。其原因就在于 :,一、汽輪機熱力設(shè)計面臨的問題,130,從葉根到葉頂，其相應(yīng)的圓周速度相差很大。使汽流進(jìn)入動葉通道時的進(jìn)汽角 沿葉片高逐漸增

35、大，即 。如果仍以平均直徑處 速度三角形有關(guān)參數(shù)作為依據(jù)來進(jìn)行設(shè)計，并采用等截面直葉片。那么，除了平均直徑附近處之外，其余直徑處的汽流在進(jìn)入動葉通道時，都會有不同程度的撞擊現(xiàn)象發(fā)生。這樣都會造成損失。,1. 沿葉高圓周速度不同所引起的損失：,131,2. 沿葉高相對節(jié)距不同所引起的損失 葉片是安裝在葉輪上的，呈環(huán)形，當(dāng)徑高比很小時,節(jié)距沿葉高變化很大。而每一種葉柵都有一個最佳的相對節(jié)距，其對應(yīng)葉柵的效率最高。只要偏離這一最佳值，都會引起損失，造成效率下降 。 3. 軸向間隙中汽流徑向流動所引起的損失 蒸汽從動、靜葉柵通道中流出時，都有一定的圓周速度，因此，在動、靜軸向間隙中必然產(chǎn)生離心力作用，而產(chǎn)生徑向流動。徑向流動就會造成損失。而且，葉片越長，徑向流動造成的損失就越大 。 因此，對于長葉片級來說，就不能采用短葉片級的來進(jìn)行設(shè)計。就必須把長葉片級設(shè)計成型線沿葉高變化的變截面葉片，即扭葉片。扭葉片加工困難，制造成本高。長葉片級的設(shè)計普遍采用徑向平衡法。這種設(shè)計方法的